專利名稱：在車輛上連續(xù)施涂三涂層面漆的方法
背景技術：
本發(fā)明涉及一種用含有薄片或其它隨角異色效應顏料(effectpigment)的三涂層(tricoat)彩色面漆以連續(xù)的濕對濕施涂方法涂布基材的方法和材料。具體地說，本發(fā)明涉及一種在其初始生產(chǎn)過程中，采用三涂層顏料，以連續(xù)、單次、濕對濕對濕的車輛油漆施涂工藝，涂布機動車輛，如汽車或卡車的方法。
汽車和卡車的車體采用多層涂料處理，這不僅改善車輛的外觀，并且也為其提供了免于腐蝕、刮擦、碎裂、紫外線、酸雨和其它環(huán)境條件的保護。用于汽車和卡車的底涂層/透明涂層面漆在過去的二十年中得到廣泛應用。1998年3月1日公開的Kurauchi等人的美國專利4,728,543和1972年2月1日公開的Benefiel等人的美國專利3,639,347指出將透明涂層以“濕對濕”的施涂方式施涂到彩色涂層或底涂層上，即在使底涂層徹底固化之前施涂透明涂層?，F(xiàn)在，普遍將液體溶劑性透明涂層施涂在水性底涂層上以滿足當前低的總?cè)軇┡欧艠藴?，?983年9月6日公開的Backhouse的美國專利4,403,003中所示。
對更獨特和有吸引力的顏色樣式的需求導致汽車工業(yè)使用一種三涂層體系。所述體系包括第一層彩色底涂層(如，白色)，然后是包含薄片(如，珠光薄片)的第二層半透明(不透明)彩色涂層，最后是第三層透明涂層。透明涂層為其它兩層彩色涂層提供保護并改善了整個面漆層的外觀，包括圖像的光澤和清晰度。這種類型的面漆在整個行業(yè)通稱為“三涂層”面漆。
實現(xiàn)所述三涂層面漆的方法有很大不同。通常，首先施涂兩層彩色底涂層作為液體底涂層。所有汽車制造商所面臨的主要挑戰(zhàn)是如何在噴室空間和干燥區(qū)內(nèi)以最小的投資，采用典型的在線汽車或卡車油漆施涂工藝，使這些涂層快速干燥。
已提出了各種提議以解決所述能力問題。一種方法是在車輛上施涂全部的底涂層加上透明涂層并進行烘烤，然后將車輛第二次送入用于半透明彩色涂層加透明涂層的上漆工藝。這種兩步工藝產(chǎn)生優(yōu)異的色彩和上漆加工性。但是，由于每個單元上漆兩遍就除去了一個單元上漆的能力。避免將車輛上漆兩遍的第二種方法包括，使用彩色底漆(如，白色)作為第一層彩色涂層，然后以典型的連續(xù)在線上漆方法施用半透明底涂層和最后的透明涂層。盡管該方法具有消除生產(chǎn)瓶頸的優(yōu)點，但它也消除了第一層底涂層薄膜特性的重要性并且使底漆中正常缺陷不易處理(如，底漆缺陷的研磨)。用于使來源于二次上漆車輛的生產(chǎn)損耗最小化的第三種方法是在模塊化油漆車間內(nèi)將車輛上漆，其中將汽車停在噴室內(nèi)并在其中停留很多時間，以便能夠成功地施涂三層涂層。該方法仍導致一些生產(chǎn)能力的損失，并且在所述色彩種類較為普遍時更為顯著。
除了上述加工問題，現(xiàn)在的車輛制造商還逐漸采用水基材料代替溶劑基材料，對環(huán)境問題作出反應。這對濕對濕施涂增加了額外負擔，以提供較長的干燥時間進行必要的水蒸發(fā)。迄今，在全世界幾乎全部的汽車或卡車裝配廠中發(fā)現(xiàn)，沒有制造商能成功地在連續(xù)的涂裝線上施涂不同著色的水基彩色涂層。
因此，仍需要采用水基彩色涂層和水基、溶劑基或粉末狀透明涂層，以單次濕對濕對濕的方式能實現(xiàn)相同的“三涂層”式樣顏料的連續(xù)工藝。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種在連續(xù)移動的油漆涂裝線上，采用三涂層面漆施涂車輛基材的方法，包括步驟(a)向車輛基材的表面施涂第一層水性底涂層組合物；(b)其后，直接施涂含有一種或多種薄片或其它隨角異色效應顏料的第二層水性底涂層組合物；(c)將組合的底涂層進行中間干燥步驟；(d)在所述的底涂層上施涂透明涂層組合物；和(e)在最后烘焙時將三涂層面漆一起固化。
其中，車輛基材在整個油漆涂裝過程中是連續(xù)移動的。
本發(fā)明是基于可對第一層水性底涂層組合物進行配制這一發(fā)現(xiàn)的，上述水性底涂層組合物具有足夠的不滲透性或防滲吸和防止在施涂第一層涂層的30-300秒之內(nèi)與隨后的含薄片的底涂層混合的能力。這使得可將第二層含薄片的底涂層濕對濕快速施涂到第一層不同著色的底涂層上，而不干擾適當?shù)谋∑∠蚝驼麄€面漆的色彩均一性。通過術語“濕對濕”，其意思是將第二層底涂層施涂到第一層底涂層上，而在不同的底涂層之間不存在固化或干燥步驟。而這使得可以在現(xiàn)有的底涂層/透明涂層油漆工具中單次濕對濕對濕施涂三涂層面漆的所有的三個涂層，而不需要重新配制或減慢或延長上漆時間。
所要求授權的本發(fā)明另外包括適用于本方法的水性底涂層組合物和根據(jù)本發(fā)明制備的涂布的車輛基材，所述水性底涂層組合物具有足夠的不滲透性或防滲吸和防止在施涂的30-300秒之內(nèi)混合的能力。
附圖簡述

圖1A為現(xiàn)今用于生產(chǎn)車輛品質(zhì)和外觀的底涂層/透明涂層面漆的標準底涂層/透明涂層施涂工藝的一般流程圖。
圖1B為現(xiàn)有技術，即要求兩次處理車輛的三涂層施涂工藝的一般流程圖。
圖1C為根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)三涂層施涂工藝的一般流程圖。
圖2為圖1C的三涂層施涂工藝的側(cè)視圖。
優(yōu)選實施方案詳述本發(fā)明涉及一種在車輛裝配線上，在其初始生產(chǎn)過程中在車輛基材上施涂三涂層面漆的方法。具體地說，本發(fā)明提供了一種在連續(xù)移動的在線油漆涂裝線上，采用三涂層面漆以單次濕對濕涂布車輛的外部，如汽車或卡車車體或其零件的方法。通過“連續(xù)移動”，其意思是在施涂過程中，基材沿涂裝線連續(xù)移動。該方法包括使用水性底涂層，上述水性底涂層在以濕對濕法施涂第二層含顏料薄片的水性底涂層時具有不滲透或抑制混合的能力，以便可在施涂后30-300秒之內(nèi)施涂第二層含薄片的底涂層，而不需要中間烘焙。這使得可用現(xiàn)有的底涂層/透明涂層油漆工具實施本發(fā)明，而不需要重新配置(如，支撐物)或減速或延長上漆時間。
為了說明怎樣在現(xiàn)有的底涂層/透明涂層車輛涂裝線上實施本發(fā)明，圖1A中顯示了傳統(tǒng)的單次底涂層/透明涂層連續(xù)油漆施涂工藝。在該方法中，可將汽車鋼板或塑料基材10(可將其如本領域常規(guī)的方式進行預先涂底漆或另外處理)移動到連續(xù)在線底涂層/透明涂層施涂區(qū)域。首先，通常采用兩步12、14向基材的表面施涂底涂層顏料，在第一和第二涂層之間經(jīng)30-300秒間隔。典型的底涂層包括以下物質(zhì)的混合物顏料，所述顏料混合物可包括特效薄片顏料、成膜粘合劑聚合物和任選的交聯(lián)劑和其它添加劑以及施涂所需的溶劑。當?shù)淄繉訛樗w系，如本領域中的慣例，在施涂透明涂層之前還必須進行強制干燥步驟16，用以除去一些水和在其中包含的任一種其它有機液體稀釋劑。然后在步驟18中將透明涂層施涂到半干燥的著色底涂層上。由于在施涂透明涂層之前未將底涂層完全干燥或固化，這通常還稱濕對濕法。然后在步驟20中將涂布的基材在標準條件下烘焙，以使表面上的底涂層和透明涂層組合物同時固化并產(chǎn)生車輛品質(zhì)和外觀的面漆。
根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在可使用上述現(xiàn)有的底涂層/透明涂層連續(xù)油漆涂裝線單次施涂車輛品質(zhì)和外觀的三涂層面漆。這可通過一起比較圖1A和1C容易地看出。如圖1C中所示，在本發(fā)明的方法的第一步中，在標準的第一層底涂層施涂位置22中將第一層底涂層顏料(或“底漆”)施涂到車輛基材10的表面。30-300秒之后在標準的第二層底涂層施涂位置24中將第二層含有半透明薄片或其它隨角異色效應顏料的底涂層顏料進行噴涂。如我們所看到的，該方法因此利用了兩個現(xiàn)有的底涂層區(qū)，而不需要重現(xiàn)配置生產(chǎn)線。為了能夠?qū)崿F(xiàn)獨特的濕對濕施涂所述兩層不同著色的水性底涂層并因此可連續(xù)處理三涂層面漆，必須對第一和第二底涂層進行配制，以使其具有可接受的不滲透性或防止在約30秒-5分鐘之后于環(huán)境條件下，優(yōu)選在1-4分鐘之后于環(huán)境條件下在兩涂層之間發(fā)生相互混合的能力。這使得可濕對濕對濕施涂第一層和第二層底涂層和透明涂層，而不損失對薄片和隨角異色效應顏料的取向的良好控制，并且不干擾特定的色彩效應(即亮度，隨角異色)或整個三涂層面漆的色彩均一性。
在本發(fā)明中所用的第一層底涂層(或底漆)組合物是一種適當?shù)念伭虾驼谏w顏料的著色水性組合物。優(yōu)選第一層水性底涂層是一種包括成膜材料或粘合劑、揮發(fā)性材料和顏料的可交聯(lián)組合物。成膜粘合劑優(yōu)選含有至少一種可與水相容的成膜材料(如含水微凝膠、多元醇聚合物或其混合物)和至少一種交聯(lián)劑，如氨基塑料樹脂。
可用于形成底涂層組合物的適當?shù)奈⒛z包括交聯(lián)的聚合物微粒水分散體，如在1983年9月6日公開的Backhouse的美國專利4,403,003和1985年9月3日公開的Backhouse的美國專利4,539,363中所公開的，在此將其引入以作參考。微凝膠優(yōu)選包含適當?shù)墓倌軋F，如羥基，從而在將所述組合物施涂到基材上之后可用交聯(lián)劑(如，氨基樹脂)將其交聯(lián)。
適于用在本發(fā)明中的含水聚合物微凝膠可由各種類型的交聯(lián)聚合物組成。本發(fā)明中特別令人感興趣的是交聯(lián)的丙烯酸微凝膠顆粒。所述丙烯酸微凝膠的制備可通過本領域普通技術人員公知且常規(guī)實施的方法進行。通常，微凝膠為主要衍生自一種或多種丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯，任選和其它乙烯基不飽和可共聚單體(如，苯乙烯和乙烯基酯)的丙烯酸加成聚合物。適合的丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯包括，但不限于，烷基中各含有1-18個碳原子的丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯。由于要求采用內(nèi)交聯(lián)形成聚合物，因而在形成所述聚合物的單體中可包括少部分就聚合反應而言為多官能性的單體，如二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸烯丙基酯或二乙烯基苯。另一選擇，在單體中可包括少部分的兩種其它帶有一對官能團的單體，上述一對官能團在聚合期間或之后可彼此反應，如環(huán)氧基和羧基(如，在甲基丙烯酸縮水甘油酯和甲基丙烯酸中)、酸酐和羥基、或異氰酸酯和羥基。為了在將組合物施涂到基材上之后進行交聯(lián)，還優(yōu)選在形成所述微凝膠的單體中包括少量含羥基的單體，所述單體選自丙烯酸羥烷基酯或甲基丙烯酸羥烷基酯、或其它乙烯基不飽和羥基的任一種混合物。還優(yōu)選在單體混合物中包含酸官能單體，如丙烯酸或甲基丙烯酸，以通過將所述基團通過與溶解在水介質(zhì)中的堿(如二甲基氨基乙醇)反應轉(zhuǎn)化為適合的鹽而使水分散介質(zhì)中的交聯(lián)微粒離子穩(wěn)定。另一選擇，在水介質(zhì)中所需要的穩(wěn)定性可通過使用含堿性基團的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，如采用適合的酸(如，乳酸)中和的甲基丙烯酸(二甲基氨基乙基)酯獲得。水介質(zhì)中的穩(wěn)定性還可通過使用表面活性劑或含有水溶性非離子穩(wěn)定劑的大分子單體，如含有聚乙二醇結構的材料獲得。水介質(zhì)的意思是單獨的水或與水溶性有機助溶劑(如，醇)混合的水。這樣制備的交聯(lián)微凝膠以膠體尺寸進行提供。在本發(fā)明中特別有效的微凝膠顆粒具有的凝膠尺寸為約80-400納米，優(yōu)選約90-200納米(以直徑計)。
用于制備底涂層組合物的適合多元醇包括本領域常規(guī)使用的含有的羥基數(shù)為50-200的水相容性丙烯酸、聚酯、聚氨酯、聚醚或其它多元醇。適合的交聯(lián)材料包括溶于或部分溶于組合物的水介質(zhì)中的氨基塑料樹脂，如蜜胺-甲醛縮合物，并且特別是烷基化的(如，甲基化的、丁基化的)蜜胺-甲醛縮合物。其它預期的交聯(lián)材料為烷基化的脲甲醛縮合物、苯并二氨基三嗪甲醛縮合物和嵌段聚異氰酸酯或前述任一種的可相容混合物。用于本發(fā)明的底涂層中可包括外加的水相容性的成膜和/或交聯(lián)聚合物。實例包括與水相容的丙烯酸類、聚氨酯、環(huán)氧樹脂類或其混合物。除了上述成膜聚合物之外或作為其替代，可使用成膜填充材料，如低揮發(fā)性的聚醚二醇(用于例如低分子量聚丙二醇和/或聚乙二醇)填充微凝膠顆粒在干燥時形成的空隙并改善所得到的膜或面漆的物理性能。在施涂底涂層組合物之后，這些低聚物質(zhì)可通過將它們的羥基或其它反應性基團連接到氨基塑料或其它交聯(lián)樹脂上而轉(zhuǎn)化為高分子量聚合物。
除顏料之外，一種典型的有用第一層底涂層以占粘合劑固體的重量計包括約30-80％流變控制用含水微凝膠(例如但不限于前述美國專利4,403,003中公開的交聯(lián)丙烯酸微粒水分散體)，優(yōu)選45-70％；10-35％水溶性或部分水溶性氨基塑料樹脂(優(yōu)選甲基化的蜜胺甲醛)，優(yōu)選15-25％；約0-30％水分散性聚酯多醇樹脂；0-25％聚氨酯多醇水分散體，優(yōu)選5-15％；0-10％水溶性聚醚填料；約0-2％促進蜜胺或其它交聯(lián)反應的水溶性酸催化劑(例如但不限于揮發(fā)性胺封端的磺酸催化劑)。所述組合物基于組合物的總量還包括0.1-1.5％，優(yōu)選0.2-1％的片狀硅酸鹽顆粒(如在1993年3月30日公開的Berg等美國專利5,198,490中公開的那些顆粒)，以產(chǎn)生所需要的不滲透性或防滲吸和間混能力。
第一層底涂層組合物的總固含量通常為約20-70重量％(如對于白色底涂層，通常含有30-50重量％的固體)。
對本領域技術人員而言，顯然在第一層底涂層中可使用各種顏料和任選的特效薄片或其它隨角異色效應顏料。但是，第一層底涂層通常為沒有可見的隨角異色或雙色調(diào)的金屬閃光效應且主要包含除了薄片之外的有色顏料的“單色”或“本色”涂層。
可以使用的典型有色顏料包括如下金屬氧化物，如二氧化鈦、氧化鋅、各種顏色的氧化鐵、炭黑；填充顏料，如滑石、瓷土、重晶石、碳酸鹽、硅酸鹽；和各種各種的有機有色顏料，如喹吖啶酮類、酞菁類、苝類、偶氮顏料、陰丹酮藍類、咔唑類(如，咔唑紫)、異吲哚滿酮、異吲哚酮、硫靛紅、苯并咪唑啉酮、二酮吡咯并吡咯(DPP)。還可以在第一層底涂層中包括較少量的特效薄片，如片狀鋁粉、片狀青銅粉、珠光薄片等等；任選的其它隨角異色效應顏料，如真空金屬化薄片、全息薄片、玻璃球、玻璃片；其它非片狀隨角異色效應顏料(包括微二氧化鈦顏料和Graphitan顏料)和高度隨角異色效應顏料(包括例如Chromafiair、Variochrome和Helicone顏料)，以賦予所需要的色彩效應和遮蓋效應。當涂層含有金屬顏料時，可加入抑制顏料與水反應的試劑。典型的抑制劑為磷酸鹽化有機材料，如磷酸和在美國專利4,675,358中描述的其它材料。只要能在所需要的膜厚和施涂固體物下提供必需的遮蓋效應，顏料與粘合劑的比率可有很大變化?？赏ㄟ^常規(guī)技術，如高速混合、介質(zhì)磨碎、砂磨、球磨、磨碎機粉碎或兩/三輥輾壓，首先形成與涂層聚合物中使用的上述任一種聚合物或與另外的可相容聚合物或分散劑的研磨料或顏料分散體，從而將顏料加入到底涂層中。然后，將顏料分散體與涂層組合物中使用的其它組份共混。
本發(fā)明中使用的第二層底涂層是一種不同著色的組合物，可將上述組合物配制成半透明并含有一種或多種特效薄片或其它隨角異色效應顏料，和任選的產(chǎn)生所需彩色效應的其它有色顏料。術語“特效薄片”的意思是具有賦予涂布膜可見的隨角異色或雙色調(diào)效應的能力的顏料薄片。
與第一層底涂層相似，優(yōu)選的第二層水性底涂層也在粘合劑中含有含水微凝膠，例如但不限于在前述美國專利4,403,003中所公開的交聯(lián)微粒分散體、任選的多元醇聚合物和氨基，如蜜胺交聯(lián)劑。上述用于第一層底涂層的任一種微凝膠、多元醇和交聯(lián)樹脂可用于第二層底涂層。也可包括外加的與水相容的成膜和/或交聯(lián)聚合物。實例包括與水相容的丙烯酸類、聚氨酯類、環(huán)氧樹脂類或其混合物。如上所述，還可使用可交聯(lián)聚醚填料。
除特效薄片和顏料之外，一種典型有用的第二層底涂層以占粘合劑固體的重量計包括約30-80％流變控制用含水微凝膠，優(yōu)選50-75％；約10-35％水溶性或部分水溶性氨基塑料樹脂(優(yōu)選甲基化的蜜胺甲醛)，優(yōu)選15-25％；約0-30％水分散性聚酯多醇樹脂；約0-35％聚氨酯多醇水分散體，優(yōu)選15-25％；0-10％水溶性聚醚填料；約0-2％促進蜜胺或其它交聯(lián)反應用的封端的酸催化劑(例如但不限于胺封端的磺酸催化劑)。所述組合物基于組合物的總量還包括0.1-1.5％，優(yōu)選0.3-1％的片狀硅酸鹽顆粒，以產(chǎn)生所需要的不滲透性或防滲吸和間混的能力。如同第一層底涂層組合物一樣，在第二層底涂層中使用的含水微凝膠和片狀硅酸鹽的量對于實施本發(fā)明而言是關鍵的。
第二層底涂層組合物的總固含量通常為約10-35重量％(如對于珠光涂層，通常含有15-25重量％的固體)。
對本領域技術人員而言，顯然在第二層底涂層中可使用各種特效薄片和其它隨角異色效應顏料和任選的其它有色顏料。但是，第二層底涂層通常配制成半透明含薄片涂層，所述涂層具有可見的隨角異色或雙色調(diào)效應。
底涂層組合物中的典型顏料包括片狀顏料，如片狀鋁粉、片狀青銅粉、珠光薄片以及上述用于第一層底涂層的任一種其它隨角異色效應顏料；金屬氧化物，如二氧化鈦、氧化鋅、各種顏色的氧化鐵、炭黑；和各種各種的有機有色顏料，如喹吖啶酮類、酞菁類、苝類、偶氮顏料、陰丹酮類、咔唑類(如，咔唑紫)、異吲哚滿酮、異吲哚酮、硫靛紅、苯并咪唑啉酮、二酮吡咯并吡咯(DPP)等等。如同第一層底涂層組合物一樣，當涂層含有金屬顏料(如片狀鋁粉)時，可加入抑制顏料與水反應的試劑。典型的抑制劑為磷酸鹽化有機材料，如磷酸等。只要能在所需要的膜厚和施涂固體物下提供必需的遮蓋效應，顏料與粘合劑的比率可有很大變化。如在第一層底涂層組合物中一樣，可通過常規(guī)技術，如混合/淤漿化(即，適用于薄片)、高速混合、介質(zhì)磨碎、砂磨、球磨、磨碎機粉碎或兩/三輥輾壓，首先形成與涂層組合物中使用的任一種上述聚合物或與另外的可相容聚合物或分散劑的研磨料或顏料分散體，從而將顏料加入到第二層底涂層中。然后，將顏料分散體與涂層組合物中使用的其它組份共混。
在本發(fā)明中使用的兩種底涂層組合物還可包括其它常規(guī)配制添加劑，如潤濕助劑、表面活性劑、消泡劑、UV增強劑和流變控制劑，如煅制二氧化硅、堿可膨脹乳液、助增稠劑或與水相容的纖維素類。在本發(fā)明中使用的兩種底涂層組合物還可包括揮發(fā)性材料，如單獨的水或與常規(guī)水混溶性有機溶劑和稀釋劑混合的水，以將上述聚合物分散和/或稀釋以及使配制容易并進行噴涂。典型的水混溶性有機助溶劑和稀釋劑包括甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、丙酮、甲基異丁基酮、甲乙酮、甲醇、異丙醇、丁醇、丁氧基乙醇、己烷、丙酮、乙二醇、單乙基醚、涂料用石腦油(VM and P naptha)、石油醚、庚烷和其它脂族、脂環(huán)族、芳族烴、酯、醚和酮等等。但是，在本發(fā)明用的典型的底涂層中，使用水作為主要的稀釋劑。也可使用胺(如烷醇胺)作為稀釋劑。
對于選擇用于本文使用的水性底涂層組合物的各種組份的另外的實例，可參考任一個上述美國專利4,403,003、4,539,363和5,198,490，在此將其全部引用以作參考。
在本發(fā)明的方法中所使用的透明涂層組合物的性質(zhì)不是關鍵的。各種可商購車輛透明涂層的任一種均可用于本發(fā)明，包括標準的溶劑性、水性或粉末狀透明涂層。通常優(yōu)選具有低VOC(揮發(fā)性有機質(zhì)含量)和滿足目前環(huán)境保護條例的高固含量溶劑性透明涂層。典型有用的溶劑性透明涂層包括，但不限于，與異氰酸酯交聯(lián)的多元醇聚合物的2K(兩組份)體系和與蜜胺交聯(lián)的丙烯酸多元醇1K體系或與多元醇和蜜胺混合的丙烯?；柰?K體系。還可使用環(huán)氧樹脂酸體系。這種面漆給汽車和卡車提供象鏡子一樣的具有有吸引力的美學外觀的外部面漆，包括高光澤和DOI(圖像的清晰度)?？捎糜诒景l(fā)明方法的適合的1K溶劑性丙烯酰基硅烷透明涂層體系公開于U.S.5,162,426中，在此將其引入以作參考。適合的1K溶劑性丙烯酸/蜜胺透明涂層體系公開于U.S.4,591,533中，在此將其引入以作參考。
根據(jù)本發(fā)明，上述三種涂層組合物可通過常規(guī)技術，如噴涂、靜電噴涂、高速旋轉(zhuǎn)靜電噴涂等進行施涂。施涂三種涂層用的優(yōu)選技術為在有或沒有靜電增強的情況下空氣霧化噴涂，和高速旋轉(zhuǎn)靜電噴涂，這是因為這些技術通常用于連續(xù)油漆噴涂工藝。
可根據(jù)本發(fā)明的方法進行涂布的有用基材包括各種金屬或非金屬基材，如塑料基材，及其組合。可根據(jù)本發(fā)明的方法進行涂布的有用金屬基材包括未涂底漆的基材或預先上漆的基材、冷軋鋼、磷化的鋼和通過電鍍涂布有常規(guī)底漆的鋼。有用的塑料材料包括聚酯增強的玻璃纖維、反應-注模的聚氨酯、部分結晶的聚酰胺等或其混合物，以及涂有底漆的上述材料。
優(yōu)選使用上述基材作為制造機動車(包括，但不限于汽車、卡車和拖拉機)的部件?；目删哂腥我庑螤?，但通常為車輛車體部件的形式，如機動車用車身、遮光板、車門、防護板、保險杠和/或裝飾物(trim)。本發(fā)明在沿車輛裝配線連續(xù)移動的過程中涂布車輛車體及其部件的情況下是最有用的。
現(xiàn)在參見圖1C，現(xiàn)在在涂布車輛基材10的情況下對本發(fā)明的整個方法進行描述。在根據(jù)本發(fā)明的方法進行處理之前，可將基材(如附圖中所示)按照本領域的慣例預先涂布底漆或另外進行處理。在該方法的第一個操作步驟22中，將第一層液體水性底涂層或底涂層組合物施涂到涂有底漆的車輛基材(如，圖2中所示的車輛車體)的表面，優(yōu)選在電鍍涂層或底漆膩子(primer surfacer)之上。在該步驟中可將第一層液體底涂層通過任一種本領域技術人員公知的適合涂布方法，如通過任一種上述技術，施涂到基材的表面上。將液體底涂層組合物施涂到基材上所用的方法和裝置在某種程度上由基材材料的構型和類型來確定。
在施涂第一層底涂層之后，本發(fā)明的方法包括步驟24，在車輛沿裝配線移動時，通過濕對濕施涂直接將第二層液體水性半透明含薄片或其它隨角異色效應顏料的底涂層組合物(通常為珠光涂層)施涂到第一層水性底涂層組合物之上，即在未將第一層底涂層固化或完全干燥的情況下將第二層底涂層施涂到第一層底涂層上。在該步驟中可將第二層液體底涂層通過任一種本領域技術人員已知的適合涂布方法，如通過任一種上述技術，施涂到基材的表面上。在本方法中，在第一層底涂層施涂的約30秒-5分鐘之內(nèi)，優(yōu)選在施涂的約1-4分鐘之內(nèi)施涂第二層底涂層，這是在現(xiàn)有的底涂層/透明涂層體系用的常規(guī)底涂層噴室內(nèi)的典型停留時間。
因此，與包括使用不同著色的水性底涂層的傳統(tǒng)三涂層方法(如圖1B中所示)不同，在其上施涂隨后的底涂層之前不需要中間干燥步驟或烘焙。通過控制第一層底涂層能獲得不滲透性的速率，可使含薄片的底涂層和透明涂層的外觀內(nèi)的薄片不對齊性和裂紋最小化。
在施涂第二層底涂層之后，本發(fā)明的方法優(yōu)選包括步驟26，使組合的底涂層進行干燥，以使至少部分揮發(fā)性物質(zhì)從液體涂層組合物中揮發(fā)并使底涂層在基材上凝固。凝固的意思是將底涂層充分干燥以便其不受吹過底涂層表面的氣流干擾或破壞。揮發(fā)物從底涂層揮發(fā)或蒸發(fā)可在露天進行，但優(yōu)選在如圖2中所示的強制干燥室內(nèi)進行，在所述干燥室內(nèi)使熱空氣(40-100℃)或脫水氣體在低速率下循環(huán)，以使空中顆粒污染最小化。
步驟26通常稱作閃蒸干燥步驟。將車輛車體安置在干燥室入口處，并使其以裝配線的方式在如上述允許底涂層揮發(fā)的速率下，緩慢移動通過此處。使汽車移動通過干燥室的速率在某種程度上取決于干燥室的長度和構型。總的來說，所述中間干燥步驟可持續(xù)30秒-10分鐘，盡管在正規(guī)的裝配廠，該步驟應持續(xù)約2-5分鐘。
將在車輛車體表面上形成的干燥的底涂層充分干燥，以能夠施涂透明外涂層，以便該外涂層的品質(zhì)不受底涂層進一步干燥的不利影響。優(yōu)選在施涂到基材的表面之后，干燥的底涂層形成多層膜，所述多層膜基本上不交聯(lián)，即不將多層膜加熱到足以誘發(fā)顯著交聯(lián)的溫度且在成膜聚合物和在其中的膠料材料之間基本上不存在化學反應。如果存在太多的水，在干燥外涂層的過程中，由于來源于底涂層的水蒸氣試圖通過外涂層，外涂層可能破裂、起泡或爆裂。
再次參見圖1C和2，本發(fā)明的方法包括下一個步驟28，將液體或粉末狀透明外涂層組合物施涂到干燥的復合底涂層上。透明涂層可通過上述任一種方法進行施涂。對于液體透明涂層，特別是在汽車工業(yè)中，通常通過濕對濕施涂將透明外涂層施涂到底涂層上，即在不將底涂層固化或完全干燥的情況下將外涂層施涂到底涂層上。如上所述，優(yōu)選將透明涂層施涂到在施涂透明涂層之前已進行干燥，優(yōu)選閃蒸干燥一少段時間的底涂層上。由于未將底涂層完全干燥或固化，這通常也稱作濕對濕法。盡管不優(yōu)選，但如果需要的話，可在施涂透明涂層之前將底涂層固化。
在施涂透明涂層之后，本發(fā)明的方法優(yōu)選包括固化步驟30，其中將涂布的基材加熱預定時限，以使底涂層和透明涂層同時固化。固化步驟可使用熱空氣對流干燥、紅外輻射或其組合進行。三層復合涂層組合物優(yōu)選在100-150℃下烘焙約15-30分鐘，以在基材上形成固化的三涂層面漆。如本文所用，固化意思是將涂層的可交聯(lián)組份基本上交聯(lián)。術語基本上交聯(lián)的意思是盡管已進行至少大部分固化，但可超時進一步固化。
本發(fā)明的方法還包括隨后的冷卻步驟(未示出)，以將車輛在其制備過程中進一步進行加工之前，使三涂層面漆冷卻至環(huán)境溫度。
干燥且固化的復合三涂層面漆的厚度通常為約40-150μm(1.5-6密耳)，優(yōu)選為60-100μm(2.5-4密耳)。優(yōu)選將底涂層和透明涂層沉積成分別具有的厚度為約3.0-40μm(0.1-1.6密耳)和25-75μm(1.0-3.0密耳)。
以下實施例舉例說明本發(fā)明。如果不另外指出，所有的份數(shù)和百分率均以重量計。
實施例1底涂層制備制備以下預混料A.制備白色顏料分散體制備以下顏料淤漿，14.5g去離子水、1.0g丙烯酸微凝膠分散體(如上述美國專利4,403,003，實施例4中所述)、30.5g丁氧基乙醇、7.5g Cymel303(烷基化的蜜胺甲醛樹脂)、2.0g 10％二甲基乙醇胺溶液和1.0g Surfynol104(表面活性劑)。將上述組份一起混合，加入31.5g TiO2，然后使用Cowles葉片將所得到的淤漿預分散。然后，在加入含1.0g丙烯酸微凝膠分散體(如上所述)和12g去離子水的調(diào)漆溶液將其穩(wěn)定化之前，將混合物在水平球磨機內(nèi)磨碎直至獲得所需顆粒尺寸，為少于0.5微米。
B.制備黃色顏料分散體制備以下顏料淤漿，39.0g去離子水、1.0g丙烯酸微凝膠分散體(如上述美國專利4,403,003，實施例4中所述)、30.5g丁氧基乙醇、7.5g Cymel303、2.0g 10％二甲基乙醇胺溶液和1.0g Surfynol104。將上述組份一起混合，加入20.0g Bayferox3910(黃色氧化鐵)，然后使用Cowles葉片將所得到的淤漿預分散。然后，將混合物在水平球磨機內(nèi)磨碎直至獲得所需顆粒尺寸，為少于0.5微米。
C.制備紅色顏料分散體制備以下顏料淤漿，7.0g去離子水、10.0g丙烯酸微凝膠分散體(如上述美國專利4,403,003，實施例4中所述)、10.0g丁氧基乙醇、7.0g Cymel303、0.5g 10％二甲基乙醇胺溶液和1.0g Surfynol104。將上述組份一起混合，加入40.0g Bayferrox130M(紅色氧化鐵)，然后使用Cowles葉片將所得到的淤漿預分散。然后，在加入含10.0g丙烯酸微凝膠分散體(如上所述)和14.5g去離子水的調(diào)漆溶液將其穩(wěn)定化之前，將混合物在水平球磨機內(nèi)磨碎直至獲得所需顆粒尺寸，為少于0.5微米。
D.制備隨角異色效應的顏料濃縮物(Xirallic，片狀顏料)將15.0丁氧基乙醇與10.0g去離子水混合，然后在攪拌下加入17.0gXirallicCristal Silver SW。將所述淤漿保持在攪拌下，同時加入50.0g丙烯酸微凝膠分散體(如以上在A.中所述)。在最后加入0.3g 10％二甲基乙醇胺溶液和7.7g去離子水之前，將該混合物攪拌至產(chǎn)生均勻流暢的淤漿。
E.制備隨角異色效應的顏料濃縮物(Iriodin，云母薄片)將15.0丁氧基乙醇與10.0g去離子水混合，然后在攪拌下加入17.0gIriodin9121 SW。將所述淤漿保持在攪拌下，同時加入50.0g丙烯酸微凝膠分散體(如以上在A.中所述)。在最后加入0.3g 10％二甲基乙醇胺溶液和7.7g去離子水之前，將該混合物攪拌至產(chǎn)生均勻流暢的淤漿。
F.制備流變底漆通過一起混合和攪拌47.5g丙烯酸微凝膠分散體(如以上在A.所述)、2.0丁氧基乙醇和0.5g Surfynol 104制備以下均勻共混物。在攪拌下加入50.0g 3％LaponiteRD(層狀硅酸鹽)去離子水溶液并在Cowles葉片下均化和分散。
實施例2制備水性白色固體彩色底涂層(“底漆”)組合物水性白色固體彩色底涂層組合物可通過在恒定攪拌下以指定順序一起混合以下成分進行制備如以上(1，A.)中所述的丙烯酸微凝膠分散體-23.9份。Cymel303-0.6份。如以上(1，A.)中所述的白色顏料分散體-53.9份。如以上(1，B.)中所述的黃色顏料分散體-0.2份。如以上(1，C.)中所述的紅色顏料分散體-0.1份。如以上(1，F(xiàn).)中所述的流變底漆-14份。Srufynol104，1.0份。采用去離子水的適當組合調(diào)低粘度，用Acrysol ASE 60(聚丙烯酸增稠劑)的3％預中和去離子水溶液提高粘度和用10％二甲基乙醇胺去離子水溶液提高pH來調(diào)節(jié)所需粘度(在剪切速率D＝1秒-1下為1000-4000mPa·s)和所需pH(pH8.2-8.5)，所采用的方式可使所用的這些產(chǎn)物的量的總和約為6.3份。
實施例3制備水性白色珠光彩色底涂層(“珠光涂層”)組合物水性白色珠光彩色底涂層組合物可通過在恒定攪拌下以指定順序一起混合以下成分進行制備如以上(1，A.)中所述的丙烯酸微凝膠分散體-12.2份。如以上(1，A.)中所述的白色顏料分散體-0.3份。Cymel303-4.6份。如以上(1，D.)中所述的隨角異色效應的顏料濃縮物“D”(Xirallic)-13.1份。如以上(1，E.)中所述的隨角異色效應的顏料濃縮物“E”(Iriodin)-13.1份。如以上(1，F(xiàn).)中所述的流變底漆-10.0份。丁氧基乙醇，3.3份。Srufynol104，1.0份。采用去離子水的適當組合，Acrysol ASE 60的3％預中和去離子水溶液和10％二甲基乙醇胺去離子水溶液對所需粘度(在剪切速率D＝1秒-1下為1000-4000mPa·s)和所需pH(pH8.2-8.5)進行調(diào)整，所采用的方式可使所用的這些產(chǎn)物的量的總和約為42.4份。
實施例4溶劑性透明涂層用于實施例的透明涂層組合物為烘焙的透明涂層，所述涂層可商購自Du Pont Performance Coatings(Standox)，Christbusch 25、D-42285 Wuppertal/Germany，具有以下說明Standocryl 2K-HSKlarlack，020-82497(在US，編號為StandoxHS Clear 14580)，采用Standox 2K Haerter HS 15-25，020-82403以2∶1的比率進行活化。
實施例5連續(xù)施涂2層不同的底涂層和透明涂層采用標準車輛預處理和涂布體系對標準車輛金屬汽車門進行加工和制備，直到底漆/表面層。然后，通過標準的連續(xù)底涂層/透明涂層車輛涂裝線，以連續(xù)的線速度為約4米/分鐘對其進行加工，從而采用靜電涂布以流速為120cc/min施涂底涂層(如以上實施例2中所述)。在環(huán)境條件(即，22℃、60％r.h.)下2分鐘之后，在底涂層之上通過氣動霧化由自動裝置以流速為520cc/min濕對濕施涂珠光涂層(如以上實施例3中所述)。然后，在隧道式烘干爐內(nèi)在60℃標準強制干燥約5分鐘，其后，進行正常的車輛裝配線步驟，靜電施涂商購的2K異氰酸酯溶劑基透明涂層(購自DuPont Company的StandoxHSClear 14580)，并將整個體系以10分鐘/120℃進行烘焙。
膜厚如下底涂層10-12微米珠光涂層7-10微米透明涂層40-45微米該體系顯示很好的不滲透性。觀察到無流掛、膜裂縫或任何其它缺陷。所得到的面漆的外觀和一般品質(zhì)比得上在連續(xù)涂裝線上運行的常規(guī)車輛色彩品質(zhì)。可提供獨特的色彩效應，而不破壞外觀或機械特性。
在各種施涂條件(底涂層流速70-160cc/min；珠光涂層流速400-600cc/min；閃蒸時間1-5分鐘；環(huán)境條件)下的隨后加工證實了上述結果，并為該體系展示了廣泛的施涂范圍，并且如此獲得的涂層具有與上述相似的優(yōu)異性能。
權利要求
1.一種在連續(xù)移動的油漆涂裝線上，采用三涂層面漆涂布車輛基材的方法，包括(a)向車輛基材的表面施涂第一層水性底涂層組合物；(b)其后，直接施涂含有一種或多種隨角異色效應顏料的第二層半透明水性底涂層組合物；(c)將組合的底涂層進行中間干燥步驟；(d)在所述的底涂層上施涂透明涂層組合物；和(e)在最后烘焙時將三層面漆一起固化；其中，車輛基材在整個油漆涂裝過程中是連續(xù)移動的。
2.權利要求1的方法，其中在環(huán)境噴室條件下第一層和第二層底涂層之間的時間為約30秒-5分鐘。
3.權利要求1的方法，其中將透明涂層施涂在第二層底涂層上，而不需要中間烘焙(固化)步驟。
4.權利要求1的方法，其中在該方法中所用的兩種底涂層組合物各包含一種丙烯酸微凝膠水分散體、任選的多元醇聚合物和蜜胺固化劑的混合物。
5.權利要求4的方法，其中兩種底涂層組合物各含有有效量的微凝膠水分散體和片狀硅酸鹽顆粒，用以在暴露到環(huán)境噴室條件下時，在施涂之后在30秒-5分鐘內(nèi)提供不滲透性。
6.權利要求5的方法，其中微凝膠水分散體由主要衍生自一種或多種丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯的可交聯(lián)羥基官能團丙烯酸加成聚合物組成。
7.權利要求1的方法，其中透明涂層為溶劑性、水性或粉末狀透明涂層。
8.權利要求1的方法，其中透明涂層含有多元醇和蜜胺固化劑的混合物。
9.權利要求1的方法，其中透明涂層含有多元醇和異氰酸酯固化劑的混合物。
10.權利要求1的方法，其中透明涂層含有多元醇、丙烯酰基硅烷和蜜胺固化劑的混合物。
11.權利要求1的方法，其中所述油漆涂裝線為連續(xù)在線油漆涂裝線。
12.一種在連續(xù)移動的油漆涂裝線上，采用三涂層面漆涂布車輛基材的方法，包括(a)向車輛基材的表面施涂第一層水性底涂層；(b)在約30-300秒之后，將含有一種或多種薄片或其它隨角異色效應顏料的第二層半透明水性底涂層濕對濕施涂到第一層水性底涂層上；(c)將組合的彩色涂層在溫度為約40-100℃下進行中間干燥步驟至少約30秒，以使至少部分揮發(fā)性物質(zhì)從液體底涂層中揮發(fā)；(d)在所述干燥的底涂層上施涂透明涂層組合物；(e)將底涂層和透明涂層一起同時固化以在基材上形成干燥且固化的三層面漆；其中，車輛基材在整個油漆涂裝過程中是連續(xù)移動的。
13.權利要求1或12的方法，其中第一層水性底涂層組合物包含成膜粘合劑和含水載體，其中粘合劑以占粘合劑固體的重量計包括(i)約30-80重量％含水微凝膠；(ii)約10-35重量％水溶性或部分水溶性蜜胺甲醛交聯(lián)樹脂；(iii)約0-30重量％水分散性聚酯多醇樹脂；(iv)約0-25重量％聚氨酯多醇分散體；(v)約0-2重量％封端的酸催化劑；且組合物另外包括(vi)約0.1-1.5％片狀硅酸鹽顆粒，其中片狀硅酸鹽的量是基于組合物的總量；(vii)一種或多種顏料，任選的隨角異色效應顏料，以為第一層底涂層提供適當?shù)纳省⒄谏w能力和任選的隨角異色效應；和(viii)任選的其它必要的添加劑，以確保穩(wěn)定性、潤濕性和易施涂性，且其中第二層半透明水性底涂層包含成膜粘合劑和含水載體，其中第二層底涂層的粘合劑以占粘合劑固體的重量計包括(i)約30-80重量％含水微凝膠；(ii)約10-35重量％水溶性或部分水溶性蜜胺甲醛樹脂；(iii)約0-30重量％水分散性聚酯多醇樹脂；(iv)約0-25重量％聚氨酯多醇分散體；(v)約0-2重量％封端的酸催化劑；且組合物另外包括(vi)約0.1-1.5％片狀硅酸鹽顆粒，其中片狀硅酸鹽的量是基于組合物的總量；(vii)混合顏料，以提供適當?shù)纳屎驼谏w能力，其含至少一種片狀顏料，以賦予可見的隨角異色或雙色調(diào)效應；和(viii)任選的其它必要的添加劑，以確保穩(wěn)定性、潤濕性和易施涂性。
14.權利要求1或12的方法，其中第一層底涂層為非隨角異色效應涂層，第二層底涂層為隨角異色效應涂層。
15.權利要求14的方法，其中第二層底涂層為珠光涂層。
16.權利要求1或12的方法，其中第一層底涂層為隨角異色效應涂層，第二層底涂層為不同的隨角異色效應涂層。
17.用于權利要求1的方法中的液體水性底涂層組合物，所述組合物當暴露于環(huán)境溫度下，在施涂后30-300秒之內(nèi)具有足夠的不滲透性。
18.根據(jù)權利要求1或12的方法采用三涂層面漆涂布的車輛基材。
全文摘要
一種在連續(xù)移動的油漆涂裝線上，采用含薄片的三涂層彩色面漆在濕對濕對濕體系中涂布機動車輛的方法和材料。
文檔編號B05D1/36GK1675001SQ03818649
公開日2005年9月28日 申請日期2003年8月6日 優(yōu)先權日2002年8月8日
發(fā)明者W·迪特, W·C·邁耶 申請人:納幕爾杜邦公司